当前位置: 主页 > 科技关于 >V8势力向上延伸 从新世代引擎发展看跑车趋势 >

V8势力向上延伸 从新世代引擎发展看跑车趋势

2020-06-09 05:27:36 来源:科技关于 浏览:396次

这是个奇怪的现象,明明经济不景气,原物料、人力、加工的成本愈来愈高,为何跑车却多如雨后春笋?连向来不造跑车的品牌也显得跃跃欲试?并且这些新跑车多半搭载V8引擎,还都是全新开发的厉害V8,这究竟是怎幺一回事?

开场一连问了三个问题,答案皆与M型社会有关。所谓M型社会,指的是贫富差距拉大使中产阶级掏空,也等于汽车消费族群呈现两极化,购车大宗不是有钱人就是贫寒大众。试想贫寒大众要存多久钱才能买一部车?即使买得起,也不可能是昂贵的汽车,难怪车厂纷纷开始重视高价车款。

至于M型社会的另一端,也就是有钱人的市场,这才是车厂积极争取的客层。以往高级车的客层是封闭的、老化的,而今讯息爆炸,有钱人转而变成开放、年轻,亦比从前更重视汽车的特色。什幺样的汽车最具特色?最容易蛊惑购买慾望?当然是跑车,不断地製造加速成绩是票房保证,再来一套诱人的外表,一部能卖得高价的产品俨然成形。

然而,有钱人的钱并不是那幺容易赚的,除了品牌要好,产品实力更不能令人气短。跑车的实力不外乎性能,偏偏目前发展汽车性能遇上了环保的层层约束,各个国家对于油耗及汙染的限制日益严苛,如此限制大幅窄化车厂的发展方向,各家的引擎规格变得差距不多,于是BMW出V8、M.Benz出V8、Audi也出V8,进而衍生出时下的V8潮流。

高转速V8相继问世
机件强度要求增高

以往市售V8引擎的主要搭载对象是高级房车,出发点为舒适、并不讲究性能;再者,为了摊提V8的开发成本,除了房车外,同一具引擎更要运用于LSUV。这样的V8绝不可能是正格的跑车引擎,除了依靠大排气量製造扭力,在马力方面并无成就。

关于跑车引擎的诉求,除了马力更要兼具轻量化,当决定开发跑车引擎时的首要任务就是全新打造汽缸本体,其中的主要环节是採用更先进的材质,其原因有二:一是引擎为全车重量最高的组件,过重的引擎将深度影响车身的配重与操控。

以往V8引擎採用的汽缸本体均为铸铁製造,要达成轻量化根本是不可能的任务,至于汽缸本体,这又是体积最大的引擎零件,只要能改变引擎本体的材质,便能有效减轻引擎重量。

第二是为了追求马力与弯道牵引力,跑车引擎必须拥有高转速的能耐,如此一来的产物是震动,也表示这具引擎不可能耐用。降低震动的方式除了掌控迴旋机件的平衡,还有减少摩擦耗损,所以汽缸本体的缸壁处理成为一项重点,方能确保运转的滑溜顺畅。

目前最新的V8引擎,引擎本体材质清一色改为铝合金,铝合金的优点是重量轻、散热佳,缺底是硬度不够、刚性不足。关于其弱点的问题,目前则是由添加增强硬度的成分来解决,例如BMW便为M-Power引擎加入17%的硅,即达成逼近F1等级的缸体强度。

一旦拥有了高强度的素材,便能精骨削肉、彻底瘦身,砍掉那些不必要的补强肋条与薄化缸壁,这才是真正有意义的轻量化。

新世代V8大幅採用高强度铝合金材质,整颗引擎的重量约莫200kg上下,即使排气量达到6.3升的AMG 63系V8引擎,净重也只有199kg而已。

除此之外,我们也看不到缸套的使用,而是直接在汽缸壁镀上硬化材质,这幺做的优点是直接避免缸套与本体两种材质的密度与散热变化,有助于彻底的轻量化。例如M.Benz AMG 6.3 V8便採用TWAS(Twin Wire Arc Spraying/双金属丝弧形扩散)的表面处理技术。

至于其他的引擎机件,同样要在轻量化与刚性之间取得平衡。像是负担最重的曲轴必须採用高密度钢材,再以锻造方式製作。锻造的优点不只为高刚性,经过锻造的材料密度比铸造均匀,更可确保每个配重锤的精密度,进而能抑制高转速的震动。

最后有关联性的活塞、连桿、气门等零件也必须符合高刚性、轻量化的标準,方能通过高转速的考验。 

现今的高性能V8已不再装设缸套,而是直接在缸壁镀硅减少摩擦阻抗。

[NextPage]
追求扭力最佳管道
引擎肚量愈来愈大

德国改装界有一句名语「Bigger is better」,提昇动力性能的方式有许多种,到头来唯有增加排气量才是王道。这道理不难理解,无论是二行程、四行程、增压、自然进气,所有内燃式引擎的力量均来自燃烧油气,燃烧的油气愈多力量也就愈大。

当然,排气量并非无限上纲,而是在环保及油耗的限制之下作最大发挥,近代一共发生过两次石油危机,耗油的大排气量引擎无疑是过街老鼠。

那幺,为何近来车厂逐渐增加引擎的排气量?这自然是为了追求动力,但并非毫无限制,而是在符合环保的控制之下有条件的加大排气量。

有趣的是,这些提高排气量的引擎油耗不升反降,可以理解的原因是大排气量带来了饱满的低速扭力,不需要时常拉高转速,所以能降低油耗。

不过,要如何增大排气量必须经过不断测试,在油耗、性能之间做出取捨,这也牵涉缸径、行程的搭配,例如活塞直径愈大,即拥有较大的气门面积,相对进排气效益更佳。另一方面,如活塞尺寸愈大,汽缸的总长度便随之拉长,反而不利于配重。

活塞直径的取捨攸关出力特性,较大的活塞有利于气门面积和爆发力,同时也容易增加高转速的延伸性。



至于曲轴的行程搭配,可说是曲轴行程缩短等于活塞往复距离减少,如此虽有利于高转速运转,却也丧失了低速扭力,可是一旦加长了曲轴行程使低速扭力增加,问题又难免在于高转速的震动。

一般加大排气量的方式,不外乎扩大汽缸内径或拉长曲轴行程,由于新一代引擎的本体十分紧凑,各缸之间的距离相当接近,已无再加大活塞直径的空间,唯有加长行程才能提高排气量。

按理来说,加长行程必须降低最高转速,以避免活塞速度过高,然而最近许多大排气量的V8引擎转速高达7000~8000rpm,可以想见现在的材料技术有多先进。

4.5.BMW New M3搭载的4.0 V8引擎最高转速达8400rpm,其背后武器还包括了多喉直喷歧管的运用。

[NextPage]
动力跃进因环保驱策
缸内直喷强化燃烧率

成功降低V8的引擎重量以及强化运转机件之后,真正的大魔王才要来临。一般认为环保法规是性能的头号敌人,限制了引擎性能的发展,但事实上笔者却觉得这些严厉的环保规章,大幅促使了引擎技术的进步。

我们从数据来看,Ferrari 348的排气量为3.4升、最大马力300hp,马力容积比是88.105hp/L;最新的F430 Scuderia为4.3升输出510hp,马力容积比进步到118.384hp/L。

两者之间的年代落差超过20年,任谁也明白,Ferrari开发348的年代并不讲究环保,倘若环保规章之于性能如枷锁上身,为何新一代的Ferrari动力愈来愈强悍?排出来的废气却愈来愈乾净?

此重点在于燃烧效益,当引擎的燃烧效益得到改善,油耗与排气的问题自然不难解决,这里所说的改善燃烧效益,不只是单方面的强化性能,而是增加最佳燃烧效益的範围。

按照理论,一具引擎只会有一个最佳动力,也就是最大扭力出现的转速区域,超过或是不足此区域均无法得到最佳燃烧效益。

可变气门正时技术延长了有效动力带,而缸内直喷则大幅加强燃烧效率,这也是新世代V8引擎出力愈来愈大,油耗与排废气表现却日渐提昇的关键之一。



然而,我们不可能一上路就将引擎转速维持在最大扭力值,所以才要增加真正有用的动力带範围,这便需要导入控制进排气正时的气门扬程、凸轮轴角度等可变机构。

这些可变机构的名词并不让人陌生,诸如VVT、VANOS、VTEC、VarioCam Plus等在此不再赘述,除此之外,笔者认为最值得一提的是缸内直喷,这是一种造成稀薄燃烧的供油技术。

顾名思义,稀薄燃烧就是供应较少的燃油,最直接的好处是节省油耗、缺点却是降低性能,因为引擎动力来自油气的燃烧。

而缸内直喷可将燃油直接输送到燃烧室中心点,也就是火星塞附近,一般喷射方式是将燃油与空气先行混合再吸入燃烧室,当点燃压缩油气的当下,远离火星塞的燃油其实是浪费的。

缸内直喷可将燃油的供应量降至最低,造成稀薄燃烧,有了这项技术当基础,便能将同一具引擎设定成省油或性能取向,甚至是两者兼具。

最好的例子就是Audi的4.2升V8,使用在S4身上为335hp,更换强化机件与引擎管理系统之后,搭载于RS4与 R8身上便暴增为420hp!如此多样的变化,缸内直喷绝对是居功厥伟。

F430 Scuderia的4.3升V8心脏出力调升至510hp/8500rpm、47.4kgm/5250rpm,堪称是现今公升马力最佳效率的代表。

[NextPage]
中置后驱并非唯一
V10极致但不切实际

中置后驱是跑车的不二选择,事实上早年的跑车主流是前置后驱,我们以Ferrari为例,80年代之前的该厂市售车大多搭载V12引擎,这幺大的引擎当然要摆在车头,也因引擎的体积巨大,除了动力也换来极高的车头负重。头重尾轻的配重自然不利于操控,而Ferrari一直到1967年推出Dino 206GT之后,才正式将中置后驱列为主力。

Audi R8的出力仅420hp,但在铝合金车体与钣件达成的轻量化优势下,加速与操控都有着不俗的表现。

中置后驱的优点是引擎重心就在车身中央,有助于操控性的发挥,然而现今的跑车已不受限于这种配置,车厂可针对适合自身产品的属性,创意式的选择引擎位置、驱动方式。

限制减少的原因在于车架技术的进步,更与新世代V8引擎的表现有关,目前採用全铝合金製造的V8引擎重量可控制在200kg左右,动力输出却可达到400~500hp,在以往这通常是排气量超过6.0升或是V12才能达到的水準,如今以V8架构就能产生这种功率。

更轻巧的引擎、更小的空间、更强劲的动力,车厂可以任意进行配置而不影响表现。说至此处,我们不得要再次提到Audi,旗下的R8便是在如此条件之下,结合集团内的Quattro四驱技术、AFS铝合金车架及420hp的4.2升V8 FSI引擎,这款将集团资源完全发挥而出的跑车,在製造成本与技术成就之间取得了平衡,确实是其他车厂学习的範例。

据闻Gallardo即将要推出一款V8版的入门车型,相信引擎应是来自 Audi的4.2 FSI。

 

随着V8的性能提昇,相对也压缩了V10与V12引擎的空间。假如在不设限制的情况之下,笔者认为V10引擎是最佳的跑车动力,V10的体积、重量比V12小,马力的发挥空间也十分宽裕,可谓是最均衡的选择,不过却始终无法成为跑车市场主流,原因是成本过高。

至于V12引擎则仍有一定市场空间,儘管它又重又贵但还是顶尖车款的最爱,只是真正打造V12跑车的车厂只有Ferrari,其他採用V12引擎的车厂主要用途是製造GT跑车。与传统跑车不同的是,GT适合于长途驾驭,需要大排气量带来的低转速大扭力特性,车身重一点并不会带来太多的影响。

以上分析是何以当今跑车主力为高性能V8的原因,当然,这些高性能V8是经过长期摸索得来,适合于当下环境的结果,这也不是绝对的动力款式,例如日系车厂Honda与Toyota便选择V10引擎作为新款跑车动力,Lexus LF-A与下一代NSX的V10引擎即来势汹汹(编按:NSX的引擎尚未拍板定案,但採用V10的机率颇高),能否撂倒欧系跑车?

挑战Porsche、Ferrari?笔者从未怀疑这两家车厂的引擎技术(他们的技术甚至比欧系车厂更强),真要质疑的还是车架与悬吊功力,这才是任何一款成功跑车的核心价值。

中置后驱不再是跑车的不二选择,中置四驱与前中置后驱都已使用在不少车型身上,轻量与体积小的V8引擎可说占有决定性影响。 

]]>
上一篇:
下一篇:
相关资讯